B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES

B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures

Abstract

Translated from Japanese

ナノ多孔性窒化ケイ素膜およびそのような膜の製造方法を提供する。 To provide a method of manufacturing a nanoporous silicon nitride film and such a film.当該膜は、モノリス構造の一部であり得るか、または自立性であり得る。 The membrane may be either be part of the monolithic structure, or self-supporting.当該膜は、例えば反応性イオンエッチングなどによる、ナノ多孔性シリコンまたは酸化シリコンフィルムのナノ多孔性構造の転写によって作製することができる。 The membrane, for example by reactive ion etching, can be produced by transcription of nanoporous structure of the nano-porous silicon or silicon oxide film.当該膜は、例えば、ろ過用途、血液透析用途、血液透析装置、実験室用分離装置、マルチウェル細胞培養装置、電子バイオセンサー、光学バイオセンサー、マイクロ流体装置用のアクティブ予備濃縮フィルターなどにおいて使用することができる。 The film is, for example, using filtration applications, hemodialysis application, blood dialysis machine, laboratory separator, a multi-well cell culture device, electronic biosensors, optical biosensors, such as in the active preconcentration filter for micro fluidic device be able to.

Description

Translated from Japanese

関連出願の相互参照 本出願は、2013年8月16日に出願された米国特許仮出願第61／866,660号に対する優先権を主張するものであり、なお、当該仮出願の開示は、参照により本明細書に組み入れられる。 This CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application claims the priority to U.S. Provisional Patent Application No. 61 / 866,660, filed Aug. 16, 2013, It should be noted that the disclosure of the provisional application, by reference which is incorporated herein by reference.

本開示の分野 本発明は、多孔性膜の形成、とりわけ、多孔性窒化ケイ素（SiN）膜の形成に関する。 Field of the Invention The present disclosure is formed of a porous membrane, particularly, to the formation of porous silicon nitride (SiN) film.

本開示の背景 現在の技術を使用して非常に小さいまたは薄い寸法の膜を形成することは困難である。 Forming a film of very small or thin dimension using the background current technology of the present disclosure is difficult.第一に、多孔性ナノ結晶Si（pnc-Si）膜の機械的強度は、当該pnc-Si膜が5psiを超える圧力差に晒される場合、裏打ちされていない面積およそ1mm 2未満に制限され得る。 First, the mechanical strength of the porous nanocrystalline Si (pnc-Si) film, the pnc-Si film may be exposed to a pressure differential of greater than 5 psi, may be limited to an area approximately 1mm less than 2 that are not backed .5psiは、pnc-Si膜が例示的装置の組み立ての間に耐えることができるであろう圧力差を表し得る。 5psi may represent a pressure difference could pnc-Si film to withstand during assembly of the illustrative apparatus.ある特定の圧力差に晒される際に生じるような膜変形は、機械的故障に影響を及ぼす要因の1つである。 Certain pressure difference film deformed as occurs when exposed to is one of the factors affecting the mechanical failure.第二に、1cm 2の大きさの活性面積を有するチップは、複数の窓および足場組み立てを用いて製造することができるが、そのようなチップのコストは、多くの商業的用途にとって高価過ぎる。 Secondly, chip with an active area of 1 cm 2 magnitude can be produced by using a plurality of windows and anchorage assembly, the cost of such a chip is too expensive for many commercial applications.これは、ウェハ上に位置することができるチップの数に少なくとも部分的に起因する。 This is at least partly attributable to the number of chips that can be located on the wafer.例えば、ウェハ製造の半分近いコストは、Siを通して背面から膜を曝露するエッチング工程の時間およびコストに起因すると考えられる。 For example, the cost nearly half of the wafer fabrication is believed to be due to the time and cost of the etching step of exposing the film from the back through the Si.Siウェハを通して膜背面に達する化学的エッチングは、現在の膜製造において最もコストのかかる工程である。 Chemical etching through Si wafer reached film back is the most costly step in the current film production.

機械的特性を高めることによって、約100nmより薄いもののような極薄ナノ結晶シリコン膜の面積を増加させることは、10mm 2未満の自立性面積に制限され得る。 By increasing the mechanical properties, to increase the area of the ultrathin nanocrystalline silicon films, such as less than about 100nm that may be limited to a self-supporting area of less than 10 mm 2.したがって、大きな面積の膜装置は、複数の膜窓を必要とし得、これは、各装置によって占有されるウェハの割合が増加するため、装置あたりのコストを増加させる。 Thus, membrane unit having a large area may require multiple membrane windows, which is the ratio of the wafer occupied by the device is increased, thereby increasing the cost per device.より大きな膜を商業的に実施可能にするには、膜製造のコストを低減する方法が必要となり得る。 To commercially feasible larger membrane may need a way to reduce the cost of membrane preparation.必要なのは、多孔性膜の改良およびそのような多孔性膜の製造方法または使用方法の向上である。 What is needed is to improve an improved and manufacturing method or use of such porous film of the porous membrane.

本開示の概要 ナノ多孔性SiN層を形成するための方法を提供する。 It provides a method for forming an outline nanoporous SiN layer of the present disclosure.当該ナノ多孔性SiN膜は、モノリス構造の一部であり得るか、または自立膜であり得る。 The nanoporous SiN film may be possible, or free-standing film at a portion of the monolith structure.したがって、当該ナノ多孔性SiN膜は、Siウェハによって支持され得るか、または当該Siウェハに非依存であり得る。 Therefore, the nanoporous SiN film, or may be supported by the Si wafer, or on the Si wafer may be independent.

ある態様において、ナノ多孔性SiN層を形成する方法は、SiN層上に配設されたpnc-Si層または多孔性酸化ケイ素層を形成する工程、およびナノ多孔性SiN層が形成されるように当該SiN層をエッチングする工程を含む。 In some embodiments, a method of forming a nanoporous SiN layer, as forming a pnc-Si layer or a porous silicon oxide layer disposed on the SiN layer, and nanoporous SiN layer is formed comprising the step of etching the SiN layer.当該エッチング工程は、反応性イオンエッチング（RIE）を用いて実施され得る。 The etching process may be performed using a reactive ion etching (RIE).当該RIEは、CF 4 、CHF 3 、またはArのうちの少なくとも1つを使用して実施され得る。 The RIE is, CF 4, CHF 3 or can be implemented using at least one of Ar,.当該RIEでは、前述のガスに加えて、O 2またはH 2が使用され得る。 In the RIE, in addition to the aforementioned gas, O 2 or H 2 may be used.ある態様において、当該pnc-Si層または多孔性酸化ケイ素層の全てまたは実質的に全てが、エッチング工程の間に除去される。 In some embodiments, all or substantially all of the pnc-Si layer or a porous silicon oxide layer is removed during the etching process.ある態様において、当該方法はさらに、当該SiN層上にa-Si層を形成する工程、および当該a-Si層に対して熱処理を実施することによってpnc-Si層を形成する工程を含む。 In some embodiments, the method further comprises a step of forming a pnc-Si layer by performing a heat treatment on the SiN layer step of forming an a-Si layer, and with respect to the a-Si layer.ある態様において、当該多孔性酸化ケイ素層は、当該pnc-Si層から形成される。 In some embodiments, the porous silicon oxide layer is formed from the pnc-Si layer.

ある態様において、自立性ナノ多孔性SiN層を形成する方法は、SiN層に細孔を形成する工程であって、当該SiN層が第一層上に配設されており、当該第一層が第二層上に配設されており、当該第一層が、Siおよび酸化物からなる群より選択される、工程、ならびに自立性ナノ多孔性SiN層が形成されるように、SiN層と第二層との間から第一層を除去する工程を含む。 In some embodiments, a method of forming a self-supporting nanoporous SiN layer is a step of forming pores in the SiN layer, the SiN layer is disposed on the first layer, said first layer is disposed on the second layer, said first layer is selected from the group consisting of Si and oxides, as steps, as well as self-supporting nanoporous SiN layer is formed, the a SiN layer comprising the step of removing the first layer from between the two layers.ある態様において、当該第一層はSiO 2を含み、当該第二層はSiを含む。 In some embodiments, the first layer comprises SiO 2, the second layer comprises Si.ある態様において、当該第二層は、ステンレス鋼、Al 2 O 3 、SiO 2 、およびガラスからなる群より選択される材料を含む。 In some embodiments, the second layer comprises stainless steel, Al 2 O 3, SiO 2 , and a material selected from the group consisting of glass.ある態様において、当該第一層はSiであり、除去工程は、XeF 2の使用を含む。 In some embodiments, the first layer is Si, the removing step includes the use of XeF 2.ある態様において、形成工程は、SiN層上にpnc-Si層または多孔性酸化ケイ素層を形成する工程、ならびに当該SiN層に細孔が形成されるように、当該pnc-Si層または多孔性酸化ケイ素層をエッチングする工程を含む。 In some embodiments, forming step, as the step of forming a pnc-Si layer or a porous silicon oxide layer on the SiN layer and pores on the SiN layer, is formed, the pnc-Si layer or a porous oxide comprising the step of etching the silicon layer.ある態様において、当該多孔性酸化ケイ素層は、当該pnc-Si層から形成される。 In some embodiments, the porous silicon oxide layer is formed from the pnc-Si layer.ある態様において、エッチング工程は、反応性イオンエッチングを含む。 In some embodiments, the etching step comprises reactive ion etching.当該エッチング工程は、反応性イオンエッチング（RIE）を用いて実施され得る。 The etching process may be performed using a reactive ion etching (RIE).当該RIEは、CF 4 、CHF 3 、またはArのうちの少なくとも1つを使用して実施され得る。 The RIE is, CF 4, CHF 3 or can be implemented using at least one of Ar,.当該RIEでは、前述のガスに加えて、O 2またはH 2が使用され得る。 In the RIE, in addition to the aforementioned gas, O 2 or H 2 may be used.ある態様において、当該方法はさらに、当該SiN層上にa-Si層を形成する工程、および当該a-Si層に対して熱処理を実施することによってpnc-Si層を形成する工程を含む。 In some embodiments, the method further comprises a step of forming a pnc-Si layer by performing a heat treatment on the SiN layer step of forming an a-Si layer, and with respect to the a-Si layer.ある態様において、当該pnc-Si層の全てまたは実質的に全てが、エッチング工程の間に除去される。 In some embodiments, all or substantially all of the pnc-Si layer is removed during the etching process.例えば、薄いシリコン層を除去するために、緩衝酸化物エッチング液が使用される。 For example, in order to remove the thin silicon layer, buffered oxide etchant is used.別の例として、pnc-Si層を除去するために、水性水酸化カリウムエッチング液またはEDPエッチング液が適用される。 As another example, in order to remove the pnc-Si layer, an aqueous potassium hydroxide etching solution or EDP etchant is applied.

ある態様において、自立性ナノ多孔性SiN層を形成する方法は、SiN層に細孔を形成する工程であって、当該SiN層がSi層上に配設されており、当該Si層が第二層上に配設されている、工程、ならびに自立性ナノ多孔性SiN層が形成されるように、XeF 2を使用してSiN層と第二層との間からSi層を除去する工程を含む。 In some embodiments, a method of forming a self-supporting nanoporous SiN layer is a step of forming pores in the SiN layer, the SiN layer is disposed on the Si layer, the Si layer is a second is disposed on the layer, as steps, as well as self-supporting nanoporous SiN layer is formed, comprising the step of removing the Si layer from between the using XeF 2 SiN layer and the second layer .ある態様において、当該第二層は、ステンレス鋼、Al 2 O 3 、SiO 2 、およびガラスからなる群より選択される材料を含む。 In some embodiments, the second layer comprises stainless steel, Al 2 O 3, SiO 2 , and a material selected from the group consisting of glass.ある態様において、形成工程は、SiN層上にpnc-Si層または多孔性酸化ケイ素層を形成する工程、および当該SiN層に細孔が形成されるように、当該pnc-Si層または多孔性酸化ケイ素層をエッチングする工程を含む。 In some embodiments, forming step, as the step of forming a pnc-Si layer or a porous silicon oxide layer on the SiN layer, and pores on the SiN layer is formed, the pnc-Si layer or a porous oxide comprising the step of etching the silicon layer.ある態様において、当該多孔性酸化ケイ素層は、当該pnc-Si層から形成される。 In some embodiments, the porous silicon oxide layer is formed from the pnc-Si layer.当該エッチング工程は、反応性イオンエッチング（RIE）を用いて実施され得る。 The etching process may be performed using a reactive ion etching (RIE).当該RIEは、CF 4 、CHF 3 、またはArのうちの少なくとも1つを使用して実施され得る。 The RIE is, CF 4, CHF 3 or can be implemented using at least one of Ar,.当該RIEでは、前述のガスに加えて、O 2またはH 2が使用され得る。 In the RIE, in addition to the aforementioned gas, O 2 or H 2 may be used.ある態様において、当該方法はさらに、当該SiN層上にa-Si層を形成する工程、および当該a-Si層に対して熱処理を実施することによってpnc-Si層を形成する工程を含む。 In some embodiments, the method further comprises a step of forming a pnc-Si layer by performing a heat treatment on the SiN layer step of forming an a-Si layer, and with respect to the a-Si layer.ある態様において、当該pnc-Si層の全てまたは実質的に全てが、エッチング工程の間に除去される。 In some embodiments, all or substantially all of the pnc-Si layer is removed during the etching process.例えば、薄いシリコン層を除去するために、緩衝酸化物エッチング液が使用される。 For example, in order to remove the thin silicon layer, buffered oxide etchant is used.別の例として、pnc-Si層を除去するために、水性水酸化カリウムエッチング液またはEDPエッチング液が適用される。 As another example, in order to remove the pnc-Si layer, an aqueous potassium hydroxide etching solution or EDP etchant is applied.

当該ナノ多孔性SiN膜は、様々な用途に使用することができる。 The nanoporous SiN film may be used in a variety of applications.これらの膜は、例えば、血液透析装置、実験用分離装置、マルチウェル細胞培養装置、電子バイオセンサー、光学バイオセンサー、マイクロ流体装置用のアクティブ予備濃縮フィルター、または他の用途などにおいて使用することができる。 These films, for example, hemodialysis devices, laboratory separator, a multi-well cell culture device, electronic biosensors, optical biosensors, be used in such active preconcentration filter or other applications, for microfluidic devices it can.

「pnc-Si層の全てまたは実質的に全てが、エッチングの間に除去される」とは、本明細書において使用される場合、エッチング処理後に、いかなるpnc-Siも光学的にまたは偏光解析によって認められないことを意味する。 "All or substantially all of the pnc-Si layer is removed during etching" and, as used herein, after the etching process, any pnc-Si by optical or ellipsometric which means that not observed.

本発明の性質および目的をさらに良く理解するために、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照すべきである。 To understand better the nature and objects of the present invention, it is taken in conjunction with the accompanying drawings to be referred to the following detailed description.

SiN膜製造プロセスの第一実施例の概略図。 Schematic view of a first embodiment of a SiN film manufacturing process.SiN膜製造プロセスの第一実施例の概略図。 Schematic view of a first embodiment of a SiN film manufacturing process.SiN膜製造プロセスの第一実施例の概略図。 Schematic view of a first embodiment of a SiN film manufacturing process.SiN膜製造プロセスの第一実施例の概略図。 Schematic view of a first embodiment of a SiN film manufacturing process.SiN膜製造プロセスの第一実施例の概略図。 Schematic view of a first embodiment of a SiN film manufacturing process.SiN膜製造プロセスの第二実施例の概略図。 Schematic view of a second embodiment of the SiN film manufacturing process.SiN膜製造プロセスの第二実施例の概略図。 Schematic view of a second embodiment of the SiN film manufacturing process.SiN膜製造プロセスの第二実施例の概略図。 Schematic view of a second embodiment of the SiN film manufacturing process.SiN膜製造プロセスの第三実施例の概略図。 Schematic view of a third embodiment of the SiN film manufacturing process.SiN膜製造プロセスの第三実施例の概略図。 Schematic view of a third embodiment of the SiN film manufacturing process.SiN膜製造プロセスの第三実施例の概略図。 Schematic view of a third embodiment of the SiN film manufacturing process.SiN膜およびpnc-SiマスクのSTEM画像。 SiN film and pnc-Si mask STEM image.SiN膜およびpnc-SiマスクのSTEM画像。 SiN film and pnc-Si mask STEM image.様々な室圧での細孔サイズの違いを示す画像の一覧。 List of images showing the differences between the pore size of a variety of room pressure.様々な室圧での細孔サイズの違いを示す画像の第二の一覧。 The second list of images that show the difference in pore size in a variety of room pressure.プロセスの異なる段階での、50nmSiNフィルム上の40nmpnc-SiフィルムのSEM断面を示す画像の第三の一覧。 Process of at different stages, the third list of images showing SEM cross section of 40nmpnc-Si film on 50nmSiN film.

本開示の詳細な説明 本開示は、ナノ多孔性SiN膜およびそのような膜の製造方法を提供する。 DETAILED DESCRIPTION The present disclosure of the present disclosure provides a method for producing a nanoporous SiN film and such a film.さらに、そのような膜の使用方法も提供する。 Further provides methods for using such membranes.

SiN膜は、例えばpnc-Si膜などに勝る多くの利点を有する。 SiN film, for example, has many advantages over such a pnc-Si film.第一に、SiNは、同じ厚さにおいてpnc-Siより強く（例えば、より高い破壊圧力、または撓みに対する高い抵抗性を有する）、これは、結果として、より高い圧力差を許容する膜をもたらし得る。 First, SiN is stronger than pnc-Si at the same thickness (for example, having a high resistance higher breaking pressure or against deflection,), which, as a result, brings membrane that allows a higher pressure difference obtain.例えば、SiN膜は、pnc-Siより3倍大きい圧力差に耐えることができる。 Eg, SiN film can withstand 3 times greater pressure difference than the pnc-Si.SiNのヤング率は、pnc-Siの3倍であり、膜の最大撓みは、ヤング率に反比例する。 Young's modulus of SiN is three times the pnc-Si, the maximum deflection of the membrane is inversely proportional to the Young's modulus.膜厚の3乗の増加に伴って、膜に対する最大撓みも増加し、これはさらに、膜が破壊圧力に耐えるのを助けることができる。 With increasing the cube of the thickness, the maximum deflection to the membrane also increases, which further layer can help withstand the burst pressure.したがって、30nm厚のナノ多孔性SiN膜は、15nm厚のpnc-Si膜のおよそ20倍の強度を有し得る。 Accordingly, nanoporous SiN film 30nm thick may have a 15nm approximately 20 times stronger than pnc-Si film thickness.例えば、30nm厚のナノ多孔性SiN膜は、5mm 2未満の面積において1atmの圧力差に耐えることができる。 For example, nanoporous SiN film 30nm thick is capable of withstanding a pressure differential 1atm in area of less than 5 mm 2.より大きな装置面積は、より多くの窓をパターン形成するかまたはより厚い材料を使用することによって達成することができる。 Larger unit area can be achieved by using more windows patterning or thicker materials.高い強度を有する以外に、SiNは、pnc-Siより自立膜としてもより安定であり、これは、より大きな膜の形成を可能にし得る。 Besides having a high strength, SiN is more stable as self-supporting film from the pnc-Si, which may allow the formation of a larger membrane.

第二に、SiNは、pnc-SiよりもKOHならびにエチレンジアミンおよびピロカテコール（EDP）Siエッチング液に対してより抵抗性であり、これは、ピンホール欠陥を排除し得る。 Secondly, SiN is more resistant to KOH and ethylene diamine and pyrocatechol (EDP) Si etchant than pnc-Si, which can eliminate the pinhole defects.SiNはさらに、ほとんどの湿式化学、例えば、Piranha Clean（これは、ある態様において、硫酸、過酸化物、および水の混合物である）、エッチング後標準クリーン1（「SC1」、これは、水酸化アンモニウム、過酸化物、および水の混合物である）、緩衝酸化物エッチング液（BOE）、または当業者に既知の他のものなど、とも適合性を有する。 SiN further most wet chemistry, for example, Piranha Clean (which, in certain embodiments, sulfuric acid, peroxide, and mixtures of water), after etching a standard clean 1 ( "SC1", which, hydroxide ammonium, peroxides, and mixtures of water), buffered oxide etchant (BOE), or those skilled in the art such as other known ones, having Tomo compatible.

第三に、SiNは、低圧化学蒸着（LPCVD）または他の方法を用いて被着することができる。 Thirdly, SiN may be deposited using a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) or other methods.これらはバッチプロセスであり得、製造スループットを増加させる。 These may be a batch process, increase the manufacturing throughput.

これらSiN膜の使用は、製造コストを低減し得るか、膜の品質もしくはサイズを向上させ得るか、またはこれらの膜の新しい応用を可能にし得る。 The use of these SiN film, or may reduce the manufacturing cost, or may improve the quality or size of the membrane, or may allow a new application of these films.SiN膜は、高pH溶液を含む広範な溶液にも適合性を有する。 SiN film has a compatible even broader solution containing a high pH solution.しかしながら、所望の有孔率またはサイズを有するSiN膜の作製は、今まで知られていない。 However, preparation of a SiN film having a desired porosity or size is not known until now.他の材料でより大きいサイズの膜を作製することは、これら他の材料の機械的強度および高い製造コストのために、困難であることが分かっている。 Making a larger size of the membrane in the other materials, it has been found that for the mechanical strength and the high production cost of these other materials, is difficult.

ある局面において、本開示は、ナノ多孔性SiN膜を提供する。 In one aspect, the present disclosure provides a nanoporous SiN film.当該ナノ多孔性SiN膜は、モノリス構造の一部または自立膜であり得る。 The nanoporous SiN film may be part or free standing film of monolithic structure.したがって、当該ナノ多孔性SiN膜は、Siウェハによって支持され得るか、または当該Siウェハに非依存であり得る。 Therefore, the nanoporous SiN film, or may be supported by the Si wafer, or on the Si wafer may be independent.

当該SiN膜は、様々な細孔サイズおよび有孔率を有することができる。 The SiN film may have a variety of pore sizes and porosity.例えば、当該細孔は、10nm〜100nmであり得、この場合、当該nmまでの全ての値およびそれらの間の範囲も包含する。 For example, the pores may be a 10 nm to 100 nm, in this case, also all values ​​and ranges therebetween until said nm encompasses.細孔は、10nm未満または1nm以下でさえあってもよい。 Pores may even be 10nm or less than 1nm or less.例えば、有孔率は、<1％〜40％であり得、この場合、全ての整数％値およびそれらの間の範囲を包含する。 For example, porosity is <1% to 40% yield, in this case, including the range between all integer percentages and their.特定の態様において、SiNの細孔サイズは、およそ5nm〜80nmの範囲であり、SiNの有孔率は1％〜40％の範囲である。 In certain embodiments, the pore size of SiN is in the range of approximately 5 to 80 nm, porosity of SiN is in the range of 1% to 40%.当然のことながら、他の細孔サイズおよび有孔率の値も可能であり、これらは、単に例として列挙されているに過ぎない。 Of course, other values ​​of pore size and porosity are possible, these are merely listed as examples.

細孔の形状は変更することができる。 Shape of the pores can be changed.例えば、RIEエッチング時間を短くすることによって、円錐状の細孔を製造することができる。 For example, by shortening the RIE etching time, it is possible to produce a conical pores.

当該SiN膜は、様々な厚さを有することができる。 The SiN film may have various thicknesses.例えば、当該膜の厚さは、20nm〜100nmであり得、この場合、当該nmまでの全ての値およびそれらの間の範囲も包含する。 For example, the thickness of the film may be a 20 nm to 100 nm, in this case, also all values ​​and ranges therebetween until said nm encompasses.当然のことながら、他の厚さの値も可能であり、これらは、単に例として列挙されているに過ぎない。 Of course, other thickness values ​​are possible, they are merely listed as examples.

ある態様において、当該SiN膜は、基材上の層状構造の少なくとも1つの層（すなわち、モノリス構造の一部）である。 In some embodiments, the SiN film is at least one layer of the layered structure on the substrate (i.e., a portion of the monolithic structure).例えば、当該膜は、シリコンウェハ上の層であり得る。 For example, the membrane may be a layer on a silicon wafer.当該膜は、隣接する層（または基材）に対して少なくとも部分的に非接触である。 The film is at least partially not in contact with the adjacent layers (or substrate).

別の態様において、SiN膜は、自立膜である。 In another embodiment, SiN film is self-supporting film.この膜は、様々なサイズを有することができる。 The membrane may have a variety of sizes.例えば、当該膜は、支持のためにSiウェハを使用した場合、100mm 2までの面積ならびに／あるいは10mmまでの長さおよび10mmまでの幅を有することができる。 For example, the film, when using Si wafer for support may have a width of up to the length and 10mm up area and / or 10mm up to 100 mm 2.しかしながら、当該膜がSiウェハから分離される場合、より大きい面積が利用可能であり得る。 However, if the film is separated from the Si wafer, a larger area may be available.例えば、4インチ、6インチ、または8インチの直径を有する円形の自立膜を作製することができ、このサイズは、シリコンウェハのサイズに対応し得る。 For example, 4 inches can be manufactured a circular free standing film having a diameter 6 inch or 8-inch, the size may correspond to the size of the silicon wafer.

100cm 2を超えるような、Siウェハ全体を覆う膜を、本明細書において説明される「リフトオフ」プロセスの態様によって製造することができる。 Exceeding 100 cm 2, a film covering the entire Si wafer can be produced by aspects of the "lift-off" process described herein.例えば、SU-8フォトレジストおよび光架橋性ポリエチレングリコールは、改良された膜支持体（本明細書において「足場（scaffold）」とも呼ばれる）を提供し得る。 For example, SU-8 photoresist and photocrosslinkable polyethylene glycol, may provide an improved membrane support (also referred to herein as "scaffolding (scaffolded)").そのようなポリマーは生体適合性であり、例えば細胞培養アレイにおいて使用することができるため、これらのポリマーの使用も有利である。 Such polymers are biocompatible, for example because it can be used in cell culture arrays, the use of these polymers is also advantageous.当該支持体の様々な寸法、例えば、開口部のサイズ、バーの厚さ、または足場の厚さなど、は最適化することができる。 Various dimensions of the support, for example, the size of the openings, the thickness of the bar, or the like the thickness of the scaffold, can be optimized.例えば、足場またはSiN膜は、ウェル密度およびマルチウェルプレートもしくは他の培養アレイの間隔に一致するようにパターン形成することができる。 For example, a scaffold or SiN film can be patterned to match the spacing of the wale density and multi-well plates or other culture arrays.足場材料は変えることもでき、フォトレジストのみに制限され得ない。 Scaffolding material can also be varied, not be limited to the photoresist.例えば、当該足場は、PVDF、PTFE、セルロース、ナイロン、PES、または任意のプラスチック、金属、あるいはレーザー切断または他の方法によってSiN膜を支持するための支持メッシュ足場へと成形することができる他の材料で作製することができる。 For example, the scaffold, PVDF, PTFE, cellulose, nylon, PES, or any plastic, metal or laser cutting or other methods other that can be molded into the supporting mesh scaffold to support the SiN film by, it can be made of a material.好適な足場材料の他の例としては、フッ素化ポリマー（例えば、高度にフッ素化されたポリマー）またはフッ素化フォトレジスト（例えば、高度にフッ素化されたフォトレジスト）が挙げられる。 Other examples of suitable scaffold materials include fluorinated polymers (e.g., highly fluorinated polymers) or fluorinated photoresist (e.g., photoresist, which is highly fluorinated) can be mentioned.

ある局面において、本開示は、ナノ多孔性SiN膜の製造方法を提供する。 In one aspect, the present disclosure provides a method for producing a nanoporous SiN film.当該方法は、SiNフィルムへの、ナノ多孔性シリコンフィルム（例えば、pnc-Si）またはナノ多孔性酸化ケイ素フィルムのナノ多孔性構造の転写に基づいている。 The method of the SiN film, the nano-porous silicon film (e.g., pnc-Si) are based on the transfer of nanoporous structure or nano-porous silicon oxide film.本明細書において開示される態様は、細孔（ナノ細孔とも呼ばれる）を有するようにSiNをパターン形成するためのテンプレートとしてpnc-Siまたはナノ多孔性酸化ケイ素フィルムを使用する細孔転写プロセスを使用する。 Embodiments disclosed herein, the pores transfer process using the pnc-Si or nanoporous silicon oxide film SiN so as to have pores (also referred to as nano-pores) as a template for patterning use.本明細書において開示される態様は、高価で時間を消費し得るウェハ貫通化学エッチングプロセスを避けるために、Siウェハの前面から多孔性（ナノ多孔性とも呼ばれる）SiN膜を持ち上げるプロセスも使用する。 Embodiments disclosed herein, in order to avoid through-wafer chemical etching process may consume expensive and time (also referred to as nano-porosity) porous from the front surface of the Si wafer is also used a process of lifting a SiN film.これは、結果として、増加した面積を有する膜および機械的により頑健な膜の製造をもたらし得る。 This results, may result in the creation of robust film by film and mechanical having an increased area.例えば、当該膜は、150mmのSiウェハ（これは、およそ177cm 2の面積である）、200mmSiウェハ、あるいは特定の被着プロセス、アニール処理プロセス、またはリフトオフプロセスのための形状因子および熱的要件を満たす任意のガラスもしくはセラミック基材、と同じ大きさの面積を有し得る。 For example, the film is 150 mm Si wafer (which is the area of approximately 177cm 2), 200 mm Si wafer or a particular deposition process, annealing process, or the form factor and thermal requirements for the lift-off process any glass or ceramic substrate satisfying, it may have an area as large as.本明細書において開示される様々な工程は、単一のウェハまたはウェハのバッチのどちらかに対して実施され得る。 Various processes disclosed herein can be performed on either a batch of a single wafer or wafer.

ある態様において、当該方法は、SiN層上に配設されたナノ多孔性シリコンフィルム（例えば、pnc-Siフィルム）またはナノ多孔性酸化ケイ素フィルムを形成する工程;エッチングの間にSiN層に細孔が形成されるように、当該ナノ多孔性シリコンフィルム（例えば、pnc-Siフィルム）またはナノ多孔性酸化ケイ素フィルムをエッチングする工程を含む。 In some embodiments, the method, nanoporous silicon film disposed on the SiN layer (e.g., pnc-Si film) forming the or nanoporous silicon oxide film; pores SiN layer during etching as There is formed, the nano-porous silicon film (e.g., pnc-Si film) comprising the step of etching or nano-porous silicon oxide film.別の態様において、当該方法はさらに、自立性のナノ多孔性SiN層が形成されるように当該層を切り離す工程を含む。 In another embodiment, the method further comprises the step of disconnecting the layer as self-supporting nanoporous SiN layer is formed.ある態様において、本開示は、本明細書において説明されるようなSiNフィルム（非犠牲フィルム）上に配設された、本明細書において開示されるようなpnc-Siフィルムを含む構造を提供する。 In certain embodiments, the present disclosure provides a structure comprising disposed on the SiN film (non-sacrificial film) as described herein, the pnc-Si film as disclosed herein .

pnc-Si層は、当技術分野において公知の方法によって形成することができる。 pnc-Si layer can be formed by methods known in the art.例えば、pnc-Si層（例えば、図2の層200）は、アモルファスシリコン層（例えば、図1の層104）の被着と、それに続いて当該アモルファスシリコン層上に酸化ケイ素層（例えば、図1および2の層105）を被着させることによって形成される。 For example, pnc-Si layer (e.g., layer 200 in FIG. 2) is an amorphous silicon layer (e.g., layer 104 in FIG. 1) and the deposition of silicon oxide layer on the amorphous silicon layer followed by (e.g., FIG. It is formed by depositing 1 and 2 of the layer 105).当該アモルファスシリコン層および酸化ケイ素層は、pnc-Si層が形成されるような条件下で加熱処理される。 The amorphous silicon layer and silicon oxide layer is heat treated under conditions such pnc-Si layer is formed.当該酸化ケイ素層は、pnc-Si層の形成後に除去される犠牲層であり得る。 The silicon oxide layer may be a sacrificial layer which is removed after formation of the pnc-Si layer.ある態様において、当該pnc-Si層は、米国特許第8,182,590号に記載されているように形成され、なお、pnc-Si層に関する当該特許の開示は、参照により本明細書に組み入れられる。 In some embodiments, the pnc-Si layer is formed as described in U.S. Patent No. 8,182,590, noted, the disclosure of this patent relating pnc-Si layer is incorporated herein by reference.

ある態様では、例えば、RIE転写プロセスの前に実施される熱処理の間に、pnc-Siマスクが酸化され、それによりSiO 2マスクが形成される。 In some embodiments, for example, during the heat treatment which is performed prior to RIE transfer process, pnc-Si mask is oxidized, whereby SiO 2 mask is formed.当該pnc-Siマスクのいくらかまたは全ては、当該酸化の間にSiO 2マスクへと変換され、そのため、当該pnc-Siマスク層は、いくらかしか残り得ないか、または全く残り得ない。 Some or all of the pnc-Si mask is converted into SiO 2 mask during the oxidation, therefore, the pnc-Si mask layer is either not rest only some, or not remaining at all.これは、エッチングのために使用される原料ガスに応じて、より高いエッチング選択性を有するSiO 2マスク層をもたらす。 This is according to the material gas used for the etching, resulting in an SiO 2 mask layer having a higher etch selectivity.当該酸化は、体積をおよそ60％増加させ、かつ細孔を圧縮することから、より厚いpnc-Siフィルムの細孔サイズも減少させ得る。 The oxidation, since it increases the volume approximately 60 percent, and to compress the pores may also reduce the pore size of the thicker pnc-Si film.

当該膜は、Si以外の材料上に製造してもよい。 The film may be produced on a material other than Si.例えば、当該膜は、ステンレス鋼、Al 2 O 3 、SiO 2 、ガラス、または当業者に公知の他の材料上に製造してもよい。 For example, the membrane is stainless steel, Al 2 O 3, SiO 2 , may be manufactured of glass or on other materials known to those skilled in the art.そのような材料は、ある特定の表面粗度または温度安定性という特徴を有し得る。 Such materials may have the feature that a particular surface roughness or temperature stability.例えば、当該表面粗度は、およそ1nmの2乗平均平方根（RMS）粗度を超える場合がある。 For example, the surface roughness may exceed the root mean square (RMS) roughness of about 1 nm.しかしながら、この表面粗度は、ある特定の用途に対しては、膜品質の低下に基づいて制限され得る。 However, the surface roughness is, for certain applications, may be limited based on the decrease in film quality.当該膜はおよそ1000℃までの温度を達成し得るため、これらの代替材料はさらに、細孔形成の間に構造的完全性を維持することを必要とし得る。 The membrane order to be able to achieve temperatures of up to approximately 1000 ° C., these alternative materials may further need to maintain the structural integrity during the pore formation.当該加熱プロセスを耐えるために、ある特定の材料、例えば、溶融SiO 2 、Al 2 O 3 、または当業者に公知の他の材料などが使用され得る。 To withstand the heating process, a certain material, for example, may others known material is used to melt SiO 2, Al 2 O 3, or the skilled artisan.溶融SiO 2またはAl 2 O 3は両方とも、ナノ細孔を作り出すためのアニール処理プロセスの間に加熱ランプによって発生されるスペクトルのほとんどに対して透明であり得る。 Both melt SiO 2 or Al 2 O 3 may be transparent for most of the spectrum generated by the heating lamp during the annealing process for producing a nano-pores.しかしながら、他の材料、例えば、Mylar（登録商標）、Teflon（登録商標）、またはAlなどは、当該膜が局所的により高い温度になるような場合に使用され得る。 However, other materials, for example, Mylar (R), Teflon (registered trademark), or Al, etc., the film can be used in the case so as to locally higher temperatures.

当該膜は、円形または長方形の表面において製造され得る。 The film can be produced in a circular or rectangular surface.長方形の表面を使用することで、膜のコンベアスタイルまたはロールツーロールスタイルの製造が可能となり得る。 By using a rectangular surface, it may allow the production of conveyor style or roll-to-roll style film.特定の膜寸法を開示するが、本明細書において開示される方法を使用することにより、およそ1m 2を超えるオーダーのより大きな膜も可能であり得る。 It discloses a specific film dimensions, by using the methods disclosed herein, may be possible even larger film of the order of approximately greater than 1 m 2.

ナノ多孔性シリコンフィルム（例えば、pnc-Siフィルム）またはナノ多孔性酸化ケイ素フィルムの構造は、反応性イオンエッチング（RIE）プロセスの間にマスクとしてナノ多孔性シリコンフィルム（例えば、pnc-Siフィルム）またはナノ多孔性酸化ケイ素フィルムを使用することによって、他の薄いフィルム、例えば、SiN、SiO 2 、Al 2 O 3 、高温酸化物、単結晶Si、または他の材料などに転写することができる。 Nanoporous silicon film (e.g., pnc-Si film) structure or nano-porous silicon oxide film, nanoporous silicon film as a mask during reactive ion etching (RIE) process (e.g., pnc-Si film) or by using a nanoporous silicon oxide film, other thin films, for example, SiN, SiO 2, Al 2 O 3, high temperature oxide can be transferred like the single-crystal Si or other materials.RIEは、材料を除去するために化学的反応性プラズマを使用し、RIEの化学反応は、薄膜材料に応じて変わり得る。 RIE uses chemically reactive plasma to remove material, chemical reactions RIE may vary depending on the film material.この転写の際、当該pnc-Siまたは酸化ケイ素の開口細孔は、入射したイオンがSiNフィルムから材料を除去することを可能にするが、その一方で、pnc-Siのナノ結晶性領域はSiNを保護する。 During this transfer, open pores of the pnc-Si or silicon oxide is to allow the incident ions to remove material from SiN film, on the other hand, nanocrystalline regions of pnc-Si is SiN to protect.RIEは、SiNフィルムから材料を除去する以外に、pnc-Siまたは酸化ケイ素も薄くし得る。 RIE, besides removing material from SiN film, pnc-Si or silicon oxide may also be thinned.当該pnc-Siまたは酸化ケイ素は、SiN上に残り得るか、またはRIEの間にSiNから完全に除去され得る。 The pnc-Si or silicon oxide can be completely removed from the SiN during the rest obtained or RIE on SiN.例えば、RIEの際に、CF 4 、CHF 3 、SF 6 、およびArなどのガスを使用することができる。 For example, during the RIE, it is possible to use a gas such as CF 4, CHF 3, SF 6 , and Ar.さらに、RIEの際に、前述のガスと組み合わせて、O 2およびH 2などのガスを使用することができる。 Furthermore, during the RIE, it is possible to use a gas in combination with the aforementioned gas, such as O 2 and H 2.

SiNの細孔は、pnc-Siの細孔の位置に対応し得る。 Pores of SiN may correspond to the position of pores of the pnc-Si.ある実施例において、当該細孔は、お互いの準コピーである。 In certain embodiments, the pores are quasi copies of each other.

pnc-Siを除去することにより、結果として得られるSiNナノ多孔性フィルムにおいてより高い一貫性を得ることができる。 By removing the pnc-Si, it is possible to obtain a higher consistency in SiN nanoporous film resulting.例えば、残留マスクは、エッチング後、不均一であり得る。 For example, the residual mask after etching may be nonuniform.当該残留マスクを除去することにより、清浄で均一な表面が現れ得る。 By removing the residual mask, uniform surface cleaning can appear.

横方向のエッチングの進行は、酸化物と窒化物および／またはSiとの間の界面によって影響され得る。 Progression of lateral etching can be influenced by the interface between the oxide and nitride and / or Si.したがって、これらの材料のタイプは、最適化され得る。 Thus, the type of these materials can be optimized.例えば、SiO 2は、TEOS、熱プロセス、またはスパッタ蒸着を使用することにより、様々な厚さにおいて形成され得る。 For example, SiO 2, by using TEOS, thermal process or a sputter deposition, may be formed in a variety of thicknesses.当該SiO 2は、およそ25nm〜250nmの厚さを有し得る。 The SiO 2 may have a thickness of approximately 25Nm～250nm.犠牲酸化物の厚さは、およそ25nm〜150nmにおいて変わり得る。 The thickness of the sacrificial oxide can vary in approximately 25Nm～150nm.

RIEの使用により、SiNフィルムに様々な細孔サイズおよび有孔率を形成させることが可能となる。 The use of RIE, it is possible to form various pore sizes and porosity in the SiN film.結果として得られるSiNフィルムの細孔サイズおよび／または有孔率は、ナノ多孔性シリコンまたは酸化ケイ素マスクより大きく、またはより小さく、または同じであり得る。 Pore ​​size and / or porosity of the resulting SiN film is larger than the nano-porous silicon or silicon oxide mask, or smaller, or can be the same.

細孔転写プロセスおよび結果として得られる細孔の幾何学的構造に影響を及ぼすいくつかの因子としては、エッチング時間、室圧、使用される原料ガス、および使用した様々な原料ガスの比率が挙げられる。 The pore transfer process and the resulting number of factors affect the geometry of the pores, etching time, room pressure, include the ratio of the raw material gas, and various raw material gas used to be used It is.より短いエッチング時間は、結果として、テンプレート材料の細孔サイズ、例えば、pnc-Siの細孔サイズなどに匹敵するかまたはそれより小さい細孔サイズを生じ得る。 Shorter etching time, as a result, the pore size of the template material, for example, can result or smaller pore size than comparable like pore size of pnc-Si.より短いエッチング時間は、SiN上にナノ多孔性キャップとしてpnc-Siまたは酸化ケイ素も残し得る。 Shorter etching time, pnc-Si or silicon oxide may also be left as nanoporous cap on SiN.pnc-Siの場合、このキャップは、親水性ガラス様表面として使用され得る。 For pnc-Si, the cap can be used as a hydrophilic glass-like surface.より長いエッチング時間は、細孔の側壁の侵食を生じ得、その結果として、SiNにおいて、pnc-Siまたは酸化ケイ素よりも大きな細孔サイズおよびより高い有孔率を生じ得る。 Longer etching time may result in erosion of the side walls of the pores, as a result, the SiN, may result in large pore size and higher porosity than the pnc-Si or silicon oxide.室圧を高めることにより、異方性が減少し得、結果としてより大きな細孔サイズおよび有孔率を生じ得る。 By increasing the chamber pressure, resulting anisotropy decreases, as a result it can result in larger pore sizes and porosity.

いくつかの原料ガスは、SiNとは異なるようにSi（または酸化ケイ素）に影響を及ぼす。 Some of the raw material gas will affect the Si (or silicon oxide) so as to differ from SiN.例えば、CF 4は、SiNより速くSiをエッチングするが、CHF 3は、SiNと比べてSiのエッチング速度を低下させる。 For example, CF 4 is etched faster Si from SiN, CHF 3 reduces the etch rate of Si compared to SiN.これは、CHF 3の水素はSiのエッチング抵抗性を増加させるが、SiNのエッチング速度には影響を及ぼさないためであり得る。 This hydrogen CHF 3 is increased etch resistance of the Si, the etch rate of SiN may be due not to affect.対照的に、Arは、エッチングされる材料に関係なく、物理的メカニズムを用いて材料をエッチングし、これは、結果として異方性エッチングを生じる。 In contrast, Ar, regardless of the material being etched, and etching the material using a physical mechanism, which results in anisotropic etching as a result.原料ガスの様々な比率を最適化することにより、特定の結果を得ることができる。 By optimizing the various ratios of the raw material gas, it is possible to obtain a particular result.追加のガスを使用することもできる。 It is also possible to use the additional gas.例えば、O 2は、エッチングのために使用されるCF 4およびCHF 3から形成される任意のフルオロポリマーを除去するためのエッチング液として使用することができる。 For example, O 2 can be used as an etchant to remove any fluoropolymer formed from CF 4 and CHF 3 is used for etching.

ある態様において、XeF 2ガスは、SiNから残留pnc-Siマスクを除去するために使用される。 In some embodiments, XeF 2 gas is used to remove residual pnc-Si mask from SiN.XeF 2は、SiとSiO 2またはSiNとの間において2000：1のエッチング選択性を有する。 XeF 2 is 2000 between the Si and SiO 2 or SiN: having 1 etch selectivity.したがって、このプロセスの際に、より少ないSiNがエッチングされ、これは、膜の強度全体を高め得る。 Therefore, during this process, less SiN is etched, this may enhance the overall strength of the film.

当該pnc-Siまたは酸化ケイ素マスクは、エッチングプロセスによって除去することができる。 The pnc-Si or silicon oxide mask may be removed by an etching process.ある態様において、当該pnc-Siまたは酸化ケイ素マスクは、エッチングプロセスの間に完全に除去される。 In some embodiments, the pnc-Si or silicon oxide mask is completely removed during the etching process.別の態様では、当該pnc-Siまたは酸化ケイ素マスクの少なくとも一部が、エッチングプロセス後も残留する。 In another embodiment, at least a portion of the pnc-Si or silicon oxide mask, after the etching process remaining.pnc-Siマスクの場合、残留するpnc-Siは、ナノ多孔性SiN層上に親水性キャップを形成し得る。 For pnc-Si mask, remaining pnc-Si may form a hydrophilic cap onto nanoporous SiN layer.当該キャップは、SiN表面をより親水性にするのに役立ち得る。 The cap can help to more hydrophilic SiN surface.このキャップも、SiN膜に対してより良好な湿潤特性を提供し得るか、または浸透全体を増加させ得る。 The cap also may increase or may provide, or the entire permeate better wetting characteristics for SiN film.SiNは、疎水性であり得、これは、水が細孔を通過するのを妨げ得る。 SiN is obtained it is hydrophobic, which may prevent water from passing through the pores.このキャップの存在によりSiNを親水性にすることは、いくつかのSiN膜のこの特徴を減少または排除し得る。 This can be a SiN hydrophilic by the presence of the cap, can reduce or eliminate this feature of some of the SiN film.

当該ナノ多孔性SiN膜も、ポリマーベースの足場によってSiN膜を支持すること、ならびに当該SiN膜をSiウェハに接着している粘着性SiO 2を化学的にエッチングすることによって、Siウェハの表面から切り離すことができる。 Also the nanoporous SiN film, supporting the SiN film by a polymer-based scaffold, and by chemically etching the adhesive SiO 2 adhering the SiN film on the Si wafer, the surface of the Si wafer it can be disconnected.このプロセスは、「リフトオフ」プロセスとも呼ばれ得る。 This process may also be referred to as "lift-off" process.このポリマー足場は、SiN足場と比べて、膜シートにより高い柔軟性を提供し得る。 The polymer scaffold, as compared to SiN scaffold can provide more flexibility membrane sheet.当該SiN膜および足場が処理の間に無傷のままであるように、当該SiN膜および足場を一緒に切り離すように構成することができる。 As the SiN film and the scaffold remains intact during processing, it can be configured to decouple the SiN film and anchorage together.

ある態様では、膜の上面に足場をパターン形成するために、フォトレジストなどの感光性ポリマーが使用される。 In some embodiments, in order to pattern the scaffold on the top surface of the film, a photosensitive polymer, such as photoresist is used.これは、例えば、80％多孔性の足場を作製し得る。 This may, for example, to prepare a 80% porosity of the scaffold.エッチングは、SiN膜と比較して>200：1の比率で優先的にSiO 2をエッチングするためにBOEを使用して膜の細孔を通して実施される。 Etching, as compared with the SiN film> 200: is carried out through the pores of the membrane by using the BOE to etch the SiO 2 preferentially 1 ratio.したがって、当該SiO 2は、SiNよりもかなり速くエッチングされるが、その一方で、pnc-Siは、BOEによってエッチングされない。 Accordingly, the SiO 2 is is much faster etching than SiN, while, pnc-Si is not etched by the BOE.別の態様では、SiO 2を化学的にエッチングしてSiN膜を切り離すために、気相HFが使用される。 In another embodiment, in order to separate the SiN film by chemically etching the SiO 2, vapor HF is used.

当該SiN膜は、他の方法を使用して切り離すこともできる。 The SiN film may also be separated using other methods.SiN膜下の層はSiまたはSiウェハであり得、XeF 2エッチングを使用して、SiNに接触している当該Siを除去してもよい。 Layer under the SiN film may be a Si or a Si wafer, using XeF 2 etch may remove the Si in contact with the SiN.これは、ドライエッチングプロセスにおいて膜を切り離すと考えられ、これはいくつかのウェットエッチングプロセスと比較して、収率の増加をもたらし得る。 This is believed to decouple the film in the dry etching process, which is compared to some wet etch process may result in increased yield.ある実施例では、ポリシリコンの層が、SiN膜とSiO 2層との間に配設される。 In some embodiments, a layer of polysilicon is disposed between the SiN film and the SiO 2 layer.当該ポリシリコン層がXeF 2によって溶解され、SiN膜がSiO 2層から浮遊する。 The polysilicon layer is dissolved by the XeF 2, SiN film is suspended from the SiO 2 layer.

BOEもしくは気相HFの濃度およびエッチング時間を最適化することにより、SiN膜を損なうことなく犠牲酸化物を除去することができる。 By optimizing the concentration and etching time of BOE or gas phase HF, it is possible to remove the sacrificial oxide without damaging the SiN film.BOEは、SiNと比較してSiO 2に対して高いエッチング選択性を有する。 BOE has a high etch selectivity with respect to SiO 2 as compared to SiN.この選択性は、およそ>200:1であり得る。 This selectivity is approximately> 200: 1.BOEに対する長期曝露は、BOEがこの長期曝露の間に最終的にはSiNをエッチングすることから、結果として、SiまたはSiN膜の薄化および細孔拡大を生じ得る。 Long-term exposure to BOE, since the BOE etches eventually SiN during this prolonged exposure, as a result, may result in thinning and pore expansion of Si or SiN film.10nm以上のSiNのエッチングは、膜強度が影響を受ける程度にまで細孔を拡大し統合し得るが、他の因子も、膜強度に対してある役割を果たし得る。 Etching of 10nm or more SiN is capable enlarged pores to the extent that film strength is affected integration, other factors also may play a role with respect to film strength.

別の代替の態様において、ポリマー性足場の代わりに無機足場が使用され得る。 In another alternative embodiment, the inorganic scaffold can be used instead of the polymer scaffold.そのような無機足場は、腐食性溶媒系において、または、例えば約300℃を超えるような温度において使用することができる。 Such inorganic scaffolds in corrosive solvent system, or can be used at temperatures exceeding e.g. about 300 ° C..そのような無機足場を使用することにより、これらの膜を、例えば、固体酸化物燃料電池、ナノ粒子生成、水素生成、不均一触媒、または排気制御などに共通する環境において使用することが可能となり得る。 The use of such inorganic scaffolds, these films, for example, solid oxide fuel cell, nanoparticle production, hydrogen production, it is possible to use in heterogeneous catalyst or environments that are common, such as the exhaust control, obtain.無機足場材料の例としては、SiO 2 、SiN、Si、SiC、Al 2 O 3 、および当業者に公知の他の材料が挙げられる。 Examples of inorganic scaffold material, SiO 2, SiN, Si, SiC, Al 2 O 3, and others known materials to those skilled in the art.無機足場は、例えば、ソフトリソグラフィ、LPCVD、またはプラズマ強化化学蒸着（PECVD）などの方法を用いて形成され得る。 Inorganic scaffold can be formed, for example, by a method such as soft lithography, LPCVD or plasma enhanced chemical vapor deposition, (PECVD).ソフトリソグラフィは、「未焼成」状態のセラミック前駆体の使用を伴ってよく、かつ足場パターンを作製した直後に乾燥および加熱処理（例えば、焼成）が行われ得る。 Soft lithography may involve the use of "green" state of the ceramic precursor, and drying and heat treatment immediately after making a scaffold pattern (e.g., baking) may be performed.ある特定のタイプの化学蒸着（CVD）では、それに続いて、所望の足場パターンを作製するためにリソグラフィ処理が行われ得る。 In certain types chemical vapor deposition (CVD), followed by, may lithography process is performed to produce the desired scaffold pattern.

ある態様では、細胞接着性および膜の湿潤性を向上させるために、ナノ多孔性SiN膜上に酸化物を被着または成長させてもよい。 In some embodiments, in order to improve the wettability of cell adhesion and membrane may be oxide deposited or grown on nanoporous SiN film.SiN膜の製造の間のエッチングは、任意のキャッピングpnc-Siを除去し得るため、この酸化物の存在は、SiN膜への細胞付着を促進し得る。 Etching during the manufacture of the SiN film, because they can remove any capping pnc-Si, the presence of this oxide may promote cell attachment to the SiN film.あるいは、SiN膜への細胞付着を促進するために、当該酸化物層の代わりに、細胞外マトリックスコーティングを使用してもよい。 Alternatively, in order to promote cell attachment to the SiN film, instead of the oxide layer may be used an extracellular matrix coating.

細孔サイズを含む、SiN膜の特性および特徴は、本明細書において開示されるように、潜在的用途によって変わり得る。 Including pore size, properties and characteristics of the SiN film, as disclosed herein, it may vary depending on the potential application.ある態様では、応力、厚さ、またはSi含有量などのSiNの特性は、特定の用途に適するように、製造の間に調整または変更することができる。 In some embodiments, stress, characteristic of SiN, such as thickness, or Si content, to suit a particular application, can be adjusted or changed during the manufacturing.例えば、SiN膜の強度は、厚さを増加させることによって高めることができる。 For example, the strength of the SiN film can be enhanced by increasing the thickness.別の実施例では、引張強度を高めることにより、SiN膜をより堅くして撓みに対する抵抗性を高めることができる。 In another embodiment, by increasing the tensile strength, it is possible to enhance the resistance to deflection and stiffer the SiN film.

本明細書において開示される様々な態様および実施例において説明する方法の工程は、本発明の方法を行うために十分である。 Step of the methods described in various aspects and embodiments disclosed herein are sufficient to carry out the method of the present invention.したがって、ある態様において、当該方法は、実質的に、本明細書において開示される方法の工程の組み合わせからなる。 Thus, in some embodiments, the method consists essentially of the combination of steps of the methods disclosed herein.別の態様において、本発明は、そのような工程からなる。 In another aspect, the present invention consists of such processes.

別の局面において、本開示は、SiN膜の使用方法を提供する。 In another aspect, the present disclosure provides the use of the SiN film.当該ナノ多孔性SiN膜は、様々な用途に使用することができる。 The nanoporous SiN film may be used in a variety of applications.これらの膜は、例えば、実験用分離装置、マルチウェル細胞培養装置、電子バイオセンサー、光学バイオセンサー、マイクロ流体装置用のアクティブ予備濃縮フィルター、血液透析装置、または他の用途などにおいて使用することができる。 These films, for example, laboratory separator, a multi-well cell culture device, electronic biosensors, optical biosensors, active preconcentration filter for microfluidic devices, can be used in such a hemodialysis apparatus or other applications, it can.

当該SiN膜は、5nm〜100nmの範囲のサイズのナノ粒子または5kD〜100kDのタンパク質ラダーをふるい分けするように設計することができる。 The SiN film may be designed to sifting protein ladders of nanoparticles or 5kD~100kD ranging in size from 5 nm to 100 nm.より大きな膜面積は、結果として、目詰まりまでに高濃度のタンパク質をろ過するより大きなキャパシティをもたらし得る。 Larger membrane area, as a result, may result in a larger capacity than filtering a high concentration of protein up to clogging.これは、タンパク質分離の際のSiN膜の新規の使用を可能にし得る。 This may allow a new use of the SiN film in the protein separation.別の用途において、細胞増殖または細胞の生存能力を、SiN膜上において試験することができる。 In another application, the viability of cell proliferation or cell can be tested on the SiN film.さらなる別の用途において、当該SiN膜は、24、48、または96ウェルプレート形式での細胞培養のための膜アレイを作製するために使用される。 In yet another application, the SiN film is used to produce a membrane array for cell culture in 24, 48 or 96-well plate format.これらの形式は、高スループットのスクリーニングに使用することができる。 These formats can be used for high throughput screening.当該形式のために面積の大きなSiN膜を製造することにより、新規の細胞ベースの薬物スクリーニングを実施することができる。 By producing large SiN film area for the format, it is possible to implement a novel cell-based drug screening.例えば、血液-脳または空気-血液関門などの組織関門を模して設計された細胞共培養物に対する薬物透過性を試験することができる。 For example, blood - brain or air - can be tested for drug-permeability to cell co-cultures tissue barrier was designed to mimic such as blood barrier.インビボにおいてこれらの細胞を分離するSiN膜はわずか約20nmの厚さであり得ることから、当該膜は、結果を向上させ得るか、または新規の試験を可能にし得る。 Since may be a thickness of the SiN film is only about 20nm to separate these cells in vivo, the membrane, or may improve the results, or may allow a new test.

SiN膜は、核酸およびタンパク質などの生物学的ポリマー分子を感知するために、または、そのような生物学的ポリマー分子および他の生物学的もしくは合成の小分子の間での相互作用を特徴付けるように設計することができる。 SiN film, for sensing biological polymer molecules such as nucleic acids and proteins, or, to characterize the interaction between such biological polymer molecules, and other biological or synthetic small molecules it can be designed.例えば、SiN膜内の細孔は、DNA遺伝子型判定のための電子検出法のために、ならびにリガンド-レセプター結合、タンパク質-核酸または小分子-核酸の相互作用を特徴付けるために使用することができる。 For example, pores within the SiN film, for electronic detection methods for determining DNA genotype, and the ligand - can be used to characterize the interaction of nucleic acid - receptor binding, protein - nucleic acid or small molecule .SiN膜内の細孔は、リガンド-レセプター結合およびタンパク質-核酸もしくは小分子-核酸の相互作用を特徴付ける光検出法にも使用することができる。 Pores in the SiN film, the ligand - can also be used for light detection methods to characterize the interaction of nucleic acid - receptor binding and protein - nucleic acid or small molecule.別の実施例において、当該SiN膜は、マイクロ流体素子における分子のアクティブ予備濃縮フィルターとして設計することができる。 In another embodiment, the SiN film can be designed as an active preconcentration filter molecules in the microfluidic device.そのような実施例において、SiN膜内の細孔は、分析物捕捉を制御するためのナノ流体トランジスタとして使用することができ、当該SiN膜は、導電性金属でコーティングすることにより、ゲート電極として機能し得る。 In such an embodiment, the pores in the SiN film can be used as a nanofluidic transistor for controlling the analyte capture, the SiN film by coating a conductive metal, as the gate electrode It can function.

当該膜は、血液透析などのろ過用途において使用することができる。 The film can be used in filtration applications such as hemodialysis.ある態様において、血液から老廃物（例えば、クレアチニン、尿素、および自由水）を除去する方法は、所望の濃度を超える1種または複数種の老廃物を含む血液を、当該1種または複数種の老廃物の濃度が所望のレベルまで下がるように本発明の膜に接触させる工程を含む。 In some embodiments, wastes from the blood (e.g., creatinine, urea and free water) method of removing the one or more blood containing waste above the desired concentration, of the one or more the concentration of waste products comprising contacting the membrane of the present invention as down to the desired level.当該血液は、個体（例えば、ヒトまたはヒト以外の動物）由来であってもよい。 The blood, individuals (e.g., human or non-human animal) can be derived from.この用途において、当該SiN膜の薄さおよび高い輸送効率は、はるかに小さいろ過素子による血液透析の実践を可能にし、家庭透析または着用可能／携帯式ユニットのためのより小さいシステムを可能にすることが期待される。 In this application, thinness and high transport efficiency of the SiN film allows the practice of hemodialysis by much smaller filtration element, allowing a smaller system for home dialysis or wearable / portable unit There is expected.さらに、血液から透析流への老廃物の輸送の高率により、透析セッションを完了するために必要な時間を短縮することも可能である。 Furthermore, the high rate of transport of wastes from the blood to the dialysis flow, they are possible to shorten the time required to complete the dialysis session.SiNの他の特徴、例えば、強度の増加および血液中のタンパク質への低結合性など、は、血液に関連する用途に対して当該膜を望ましいものとする。 Other features of SiN, for example, such as low binding to proteins increase in strength and in the blood, is a desirable the film for applications related to blood.ある態様において、血液透析装置はSiN膜を含む。 In some embodiments, the hemodialysis apparatus includes a SiN film.好適な血液透析装置の例は、当技術分野において公知である。 Examples of suitable hemodialysis apparatus are known in the art.

当然のことながら、本明細書において開示される態様に対する他の変形例も可能である。 Of course, other variations to the embodiments disclosed herein are possible.正確な有孔率および細孔直径は変えてもよい。 The exact porosity and pore diameter can be varied.より大きな細孔は、いくつかの用途にとって有益であり得るが、高い有孔率または細孔の融合は、SiN膜の弱化の原因となる場合があることから、ある特定の用途に対しては避けてもよい。 Larger pores, but may be beneficial for some applications, a fusion of high porosity or pores, since it can lead to weakening of the SiN film, for a particular application it may be avoided.

本開示を例示するために以下の実施例を提示する。 It presents the following examples are given to illustrate the present disclosure.それらは、いかなる方法においても限定されることを意図しない。 They are not intended to be limiting in any way.

実施例１ Example 1図1〜5は、SiN膜の製造プロセスの第一実施例の概略図である。 Figure 1-5 is a schematic view of a first embodiment of the manufacturing process of the SiN film.図1において、基材100は、Si層101、SiN層102、SiN層103、アモルファスシリコン（a-Si）層104、およびSiO 2層105を含む。 In Figure 1, the substrate 100, Si layer 101, SiN layer 102, SiN layer 103, an amorphous silicon (a-Si) layer 104, and an SiO 2 layer 105.この実施例において、SiN層102およびSiN層103は、両方とも厚さおよそ50nmであり、a-Si層104は、厚さおよそ40nmであり、ならびにSiO 2層105は、厚さおよそ20nmであったが、他の寸法も可能である。 In this embodiment, the SiN layer 102 and the SiN layer 103, both a thickness of about 50nm with, a-Si layer 104 is approximately 40nm thick, and SiO 2 layer 105 is approximately 20nm thick met It was, but other dimensions are also possible.キャッピングSiO 2層は、pnc-Siを形成する熱アニール処理工程の間に、a-Siが凝集／変形するのを防ぐ。 Capping SiO 2 layer, during the thermal annealing process to form a pnc-Si, prevent the a-Si are aggregated / deformation.図2では、急速熱処理（RTP）工程などの熱処理が実行されている。 In Figure 2, heat treatment such as rapid thermal processing (RTP) step is executed.図1のa-Si層104は、この熱処理を用いてpnc-Si層200へと変換された。 a-Si layer 104 of Figure 1 was converted into a pnc-Si layer 200 using the heat treatment.当該pnc-Si層200は、細孔201（黒で示されている）を有する。 The pnc-Si layer 200 has pores 201 (shown in black).これらの細孔201は、直径およそ5nm〜80nmであり得る。 These pores 201 may be a diameter of approximately 5 to 80 nm.4つの細孔201のみ描かれているが、これは単に図示を容易にするためである。 Four are drawn only pore 201, which is simply for ease of illustration.したがって、RTPは、結晶構造の変換以外に、pnc-Si層200に細孔201を形成する。 Thus, RTP, in addition to the conversion of crystal structure to form pores 201 to pnc-Si layer 200.この実施例において、当該pnc-Si層200は、熱処理後、厚さおよそ40nmであったが、他の寸法も可能である。 In this embodiment, the pnc-Si layer 200, after the heat treatment, but was approximately 40nm thickness, other dimensions are also possible.

図4において、RIEが実施されている。 In FIG. 4, RIE is performed.pnc-Si層200の細孔201を通して、SiN層102に細孔201がエッチングされている。 Through the pores 201 of the pnc-Si layer 200, the pore 201 is etched in the SiN layer 102.当該RIEは、pnc-Si層200のいくらかまたは全てを除去した。 The RIE was removed some or all of the pnc-Si layer 200.この実施例では、RIEの完了後、pnc-Si層200の一部がSiN層102上に残されている。 In this embodiment, after completion of the RIE, a portion of the pnc-Si layer 200 is left on the SiN layer 102.代替として、pnc-Si層200の全てを完全に除去してもよい。 Alternatively, it may be completely remove all of the pnc-Si layer 200.

図5では、追加のエッチング工程が実施されている。 In Figure 5, an additional etching step is performed.これは、例えば、露出したSi層101の一部を除去するKOHまたはEDPエッチングであり得る。 This may be, for example, KOH or EDP etching to remove a portion of the exposed Si layer 101.残留したSi層101の実際の形状は、図示されているようにSiN層102に対して垂直ではなく、むしろ、湾曲もしくは傾斜し得る。 The actual shape of the residual Si layer 101 is not perpendicular to the SiN layer 102 as shown, but rather, may be curved or inclined.任意のテトラエチルオルトシリケート（TEOS）層が、Si層101の反対側の残留pnc-Si層200上のSiN層102上に形成され得る。 Any tetraethylorthosilicate (TEOS) layer may be formed on the SiN layer 102 on the opposite side of the residual pnc-Si layer 200 of the Si layer 101.図5に図示されているような基材100は、様々な用途に使用され得る。 The substrate 100, such as illustrated in FIG. 5 can be used in various applications.

実施例２ Example 2図6〜8は、SiN膜製造プロセスの第二実施例の概略図である。 6-8 is a schematic view of a second embodiment of the SiN film manufacturing process.図6〜8の実施例は、実施例1の工程と組み合わせてもよく、または単独のプロセスであってもよい。 Embodiment of Figure 6-8 may be a process well, alone or also in combination with the process of Example 1.この実施例は、「リフトオフ」プロセスとも呼ばれ得る。 This embodiment may also be referred to as "lift-off" process.図6において、RIEを用いて、SiN層103に細孔201（黒で示されている）が形成されている。 6, using a RIE, pores 201 in the SiN layer 103 (shown in black) are formed.このRIEの間に、pnc-Si層がSiN層103の表面から完全に除去された。 During this RIE, pnc-Si layer was completely removed from the surface of the SiN layer 103.SiN層103の形成の前に、犠牲SiO 2層300がSi層101とSiN層103との間に形成されている。 Before the formation of the SiN layer 103, the sacrificial SiO 2 layer 300 is formed between the Si layer 101 and the SiN layer 103.

図7では、SiN層103に足場301が適用されている。 In Figure 7, the scaffold 301 is applied to the SiN layer 103.足場301は、SU-8フォトレジスト（Microchem International社によって製造された3010シリーズ）であるが、他の材料も可能である。 Scaffolding 301 is a SU-8 photoresist (3010 series manufactured by Microchem International Corporation), other materials are possible.この足場301は、膜の上面に10μmの厚さまでSU-8フォトレジストをスピンコーティングし、80％開口した足場を形成するためにコンタクトフォトリソグラフィを使用して当該SU-8フォトレジストをパターン形成し、所望のパターンを有するようにSU-8フォトレジストを現像することによって形成した。 The scaffold 301, the SU-8 photoresist on the top surface of the film to a thickness of 10μm was spin coated, the SU-8 photoresist was patterned using contact photolithography to form a 80% open scaffold It was formed by developing the SU-8 photoresist to have a desired pattern.

図8では、BOEエッチングを実施することにより、犠牲SiO 2層300を除している。 In Figure 8, by performing the BOE etching, and dividing the sacrificial SiO 2 layer 300.当該BOEエッチング後、SiN層103は、もはやSi層101に接触していなかった。 After the BOE etching, SiN layer 103 were not longer in contact with the Si layer 101.代わりに、SiN層103は、足場301にしか接触していなかった。 Alternatively, SiN layer 103 did not contact only scaffold 301.この足場301は、SiN層103を操作、輸送、または保持するために使用され得る。 The scaffold 301 may operate the SiN layer 103, may be used to transport or hold.ある実施例において、顕著な離層を行うことなく、かつ全ての膜が無傷のまま、およそ1mm 2の面積のSiウェハがリフトオフされ、エッチング溶液上に浮遊した。 In certain embodiments, without significant delamination, and leave all of the membrane intact, Si wafer area of approximately 1 mm 2 is lifted off and floated on the etching solution.

図9〜11は、SiN膜の製造プロセスの第三実施例の概略図である。 9-11 is a schematic view of a third embodiment of the manufacturing process of the SiN film.図9〜11の実施例は、実施例1の工程と組み合わせてもよく、または単独のプロセスであってもよい。 Example of 9-11, may be a process well, alone or also in combination with the process of Example 1.この実施例は、「リフトオフ」プロセスとも呼ばれ得る。 This embodiment may also be referred to as "lift-off" process.図9において、RIEを用いて、SiN層103に細孔201（黒で示されている）が形成された。 9, using a RIE, pores 201 in the SiN layer 103 (shown in black) were formed.このRIEの間に、pnc-Si層がSiN層103の表面から完全に除去されている。 During this RIE, pnc-Si layer is completely removed from the surface of the SiN layer 103.SiN層103の形成の前に、SiO 2層300とSiN層103との間に犠牲シリコン層400を形成した。 Before the formation of the SiN layer 103, to form a sacrificial silicon layer 400 between the SiO 2 layer 300 and the SiN layer 103.

図10では、足場301がSiN層103に適用されている。 In Figure 10, the scaffold 301 is applied to the SiN layer 103.足場301は、SU-8フォトレジスト（Microchem International社によって製造された3010シリーズ）であるが、他の材料も可能である。 Scaffolding 301 is a SU-8 photoresist (3010 series manufactured by Microchem International Corporation), other materials are possible.この足場301は、膜の上面に10μmの厚さまでSU-8フォトレジストをスピンコーティングし、80％開口した足場を形成するためにコンタクトリソグラフィを使用して当該SU-8フォトレジストをパターン形成し、所望のパターンを有するようにSU-8フォトレジストを現像することによって形成した。 The scaffold 301, the SU-8 photoresist is spin-coated on the upper surface of the film to a thickness of 10 [mu] m, using contact lithography to form a 80% open scaffold the SU-8 photoresist is patterned, It was formed by developing the SU-8 photoresist to have a desired pattern.

図11では、気相XeF 2プロセスを実施することにより、犠牲シリコン層400（図9および10に示される）を除去した。 In Figure 11, by performing the vapor phase XeF 2 process to remove the sacrificial silicon layer 400 (shown in FIGS. 9 and 10).SiN層103は、当該XeF 2エッチング後、もはやSiO 2層300に接触していなかった。 SiN layer 103 after the XeF 2 etching was longer in contact with the SiO 2 layer 300.代わりに、SiN層103は、足場301にしか接触していなかった。 Alternatively, SiN layer 103 did not contact only scaffold 301.この足場301は、SiN層103を操作、輸送、または保持するために使用され得る。 The scaffold 301 may operate the SiN layer 103, may be used to transport or hold.ある実施例において、顕著な離層を行うことなく、かつ全ての膜が無傷のまま、およそ6cm 2の面積のSiウェハがリフトオフされた。 In certain embodiments, without significant delamination, and leave all of the membrane intact, Si wafer area of approximately 6 cm 2 is lifted off.

実施例３ Example 3図12〜13は、SiN膜およびpnc-SiマスクのSTEM画像である。 12-13 is a STEM image of the SiN film and pnc-Si mask.図12は、40nm厚のpnc-Siフィルムを示している。 Figure 12 shows a pnc-Si film of 40nm thickness.図12のより明るいエリアが細孔である。 Lighter areas of Figure 12 is the pore.図13は、図12のpnc-SiマスクのRIEを使用して50nm厚のSiNフィルムに転写されたこれらの細孔を示している。 Figure 13 shows the pores transferred to the SiN film 50nm thick using RIE of pnc-Si mask of FIG. 12.40nmのpnc-Siフィルムは、およそ38nmの平均細孔直径およびおよそ6％の有孔率を有していた。 pnc-Si film of 40nm had an average pore diameter and porosity of about 6% of the approximately 38 nm.当該SiNは、およそ61nmの平均細孔直径およびおよそ30％の有孔率を有していた。 The SiN had an average pore diameter and porosity of approximately 30% of the approximately 61 nm.

実施例４ Example 4この実施例では、SiNに対して、100mTorrにおいて、25sccmのCF 4 、50sccmのCHF 3 、10sccmのO 2 、および0sccmのArを使用してRIEを実施した。 In this embodiment, with respect to SiN, in 100 mTorr, it was performed RIE using CF 4, 50 sccm of CHF 3, 10 sccm of O 2, and 0sccm of Ar of 25 sccm.これにより、結果として、SiNフィルムにおいておよそ41nm〜46nmの平均細孔サイズおよびおよそ35％〜40％の有孔率が得られた。 Thus, as a result, the average pore size and approximately 35% to 40% of the porosity of approximately 41nm~46nm is obtained in SiN film.当該高い有孔率は、ナノ多孔性SiNを弱化させ得、かつRIEレシピの等方性挙動の結果であり得る。 The high porosity can be the result of an isotropic behavior of the resulting and RIE recipe, weaken the nanoporous SiN.RIEの等方性の特徴は、圧力を変えることによって調節することができ、これにより、結果として得られるSiNの細孔サイズおよび有孔率を増加または減少させることができる。 Isotropic characteristics of RIE can be adjusted by varying the pressure, thereby, the pore size and porosity of the SiN resulting can be increased or decreased.RIEガス混合物中にFおよびCが存在することにより、RIE転写プロセスの間に厚いフルホロポリマーがpnc-Siマスク上に被着され、これが、マスクをRIEに対して抵抗性にする。 By F and C are present in the RIE gas mixture, a thick full holo polymer during RIE transfer process is deposited on the pnc-Si mask, which is resistant to mask against RIE.当該フルホロポリマーの存在または厚さは、O 2流を変えることによって調節することができる。 The presence or the thickness of the full holo polymer can be adjusted by varying the O 2 flow.

SiNに対して、50mTorrにおいて、25sccmのCF 4 、50sccmのCHF 3 、10sccmのO 2 、および100sccmのArを使用して第二RIEを実施した。 Relative SiN, in 50 mTorr, and carrying out the second RIE using CF 4, 50 sccm of CHF 3, 10 sccm of O 2, and 100sccm of Ar of 25 sccm.エッチングの異方性挙動を高めるために、RIEレシピにArを加えた。 To increase the anisotropic behavior of the etching, it was added with Ar RIE recipe.この特定のガス混合物中の10sccmのO 2は、RIE転写の間に、pnc-Si細孔側壁に形成されているフルオロポリマーに影響を及ぼすかまたは減らすことが特定され、これは、結果としてより等方性のエッチングをもたらした。 10sccm of O 2 in this particular gas mixture, during RIE transfer are identified affects or reduce it to a fluoropolymer is formed on the pnc-Si pore side walls, which, from the resulting It resulted in the isotropic etching.可能性のあるメカニズムの1つは、当該O 2が過剰な炭素を除去し、それが、フルオロポリマーの形成を阻害し得る、ということである。 One possible mechanism is the O 2 is to remove excess carbon, it could inhibit the formation of the fluoropolymer is that.可能性のある別のメカニズムは、O 2がpnc-Si上に形成されているフルオロポリマーを溶解する、ということである。 Another mechanism that might is, O 2 is dissolved a fluoropolymer formed on pnc-Si, is that.当然のことながら、他のメカニズムも可能であり、これら2つのメカニズムは、単に可能性のある例として列挙されているに過ぎない。 Of course, other mechanisms are possible and these two mechanisms is only listed as simply possible example.

SiNに対して、50mTorrにおいて、25sccmのCF 4 、50sccmのCHF 3 、5sccmのO 2 、および100sccmのArを使用して第三RIEを実施した。 Relative SiN, in 50 mTorr, was performed a third RIE using CF 4, 50 sccm of CHF 3, 5 sccm of O 2, and 100sccm of Ar of 25 sccm.O 2流を10sccmから5sccmに減じることにより、pnc-Si細孔側壁上に薄いフルオロポリマーフィルムを残すことができた。 By reducing O 2 flow from 10sccm to 5 sccm, and can leave a thin fluoropolymer film to pnc-Si pores on the sidewalls.これは、pnc-Siにおける細孔サイズおよび形状の完全性を維持し、結果としてより異方性のエッチングが得られた。 This maintains the integrity of the pore size and shape in the pnc-Si, anisotropic etching is obtained from as a result.

実施例５ Example 5この実施例において、SiNに対するRIEのために、0sccmのCF 4 、50sccmのCHF 3 、5sccmのO 2 、および100sccmのArを使用した。 In this embodiment, for the RIE for SiN, using CF 4, 50 sccm of CHF 3, 5 sccm of O 2, and 100sccm of Ar of 0 sccm.当該ガス混合物中のFおよびCの存在に起因して、薄いフルオロポリマーがpnc-Si細孔側壁上に被着されたが、このフルオロポリマーは、Siが溶解するのを防ぐのに十分には厚く被着しなかった。 Due to the presence of F and C of the gas mixture, but thin fluoropolymer is applied to pnc-Si pores on the side wall, the fluoropolymer is enough to prevent the Si dissolves in It did not thick deposited.CF 4ガスを除くことにより、Siのエッチング速度は遅くなり、ならびにエッチングがより異方性となったために、SiNおよびpnc-Siとの間でのより良い選択性が達成された。 By removing CF 4 gas, the etching rate of Si becomes slower, and in order to etch becomes more anisotropic, better selectivity between SiN and pnc-Si was achieved.そのようなレシピは、より厚いナノ多孔性膜、例えば、およそ50nmの厚さのSiN膜などを製造するために使用することができた。 Such recipes, thicker nanoporous membrane, for example, could be used to produce such a thickness of the SiN film of about 50nm.

実施例６ Example 6この実施例において、50nmのSiN膜のRIEの間に圧力を変量した。 In this embodiment, the variable pressure during the RIE of 50 nm SiN film.図14は、様々な室圧での細孔サイズの違いを示す画像の一覧を含む。 Figure 14 contains a list of images indicating the difference in pore size at various room pressure.図13には、SiNウェハの周辺部および中心部が示されている。 13, the peripheral portion and the central portion of the SiN wafer is shown.図から分かるように、圧力を増加させることにより、結果として、異方性が減少し、細孔サイズが増加した。 As can be seen, by increasing the pressure, as a result, anisotropy decreased, the pore size is increased.ウェハ全体において妥当に均一であり、このことは、このプロセスが、より大きな基板への規模拡大が可能であり得ることを示している。 A reasonably uniform throughout the wafer, this this process have shown that it may be possible to scale-up to larger substrate.

実施例７ Example 7この実施例において、20nmのSiN膜のRIEの間に圧力を変量した。 In this embodiment, the variable pressure during the RIE of 20 nm SiN film.図15は、様々な室圧での細孔サイズの違いを示す画像の第二の一覧を含む。 Figure 15 includes a second list of images showing the difference in pore size at various room pressure.図から分かるように、当該SiN膜は、圧力を上げることにより細孔サイズが増大した。 As can be seen, the SiN film, the pore size is increased by increasing the pressure.

実施例８ Example 8この実施例では、SiN膜の上での細胞増殖を試験した。 In this example, cells were tested growth on the SiN film.増殖培地を伴うスライドを5分間プレインキュベートし、当該スライド上にbEnd3（P23）を播種した。 Slides with growth medium was preincubated for 5 minutes, and seeded bEnd3 (P23) on the slide.当該スライドをCalcein AM（緑-生存）およびEtBr（赤-死亡）で染色し、顕微鏡下において撮影した。 The slide Calcein AM (green - Survival) and EtBr - stained with (red dead), were taken under microscope.当該細胞は、pnc-Si上において培養した場合、同様のモルホロジーを示した。 The cells, when cultured on pnc-Si, showed similar morphology.

実施例９ Example 9この実施例において、図16に示されているように、50nmのSiN上の40nm pnc-SiのSEM断面を撮影した。 In this embodiment, as shown in Figure 16 were taken SEM cross section of 40 nm pnc-Si on 50 nm SiN of.第一の画像は、RIE転写エッチング前のフィルムスタックを示している。 The first image shows the film stack before RIE transfer etch.続く画像は、エッチングがpnc-Siを溶解しつつナノ細孔をpnc-SiマスクからSiNへと転写する、10秒増分におけるRIE転写プロセスの時間発展を示している。 Subsequent images, the etching is transferred to SiN from pnc-Si mask nanopores while dissolving pnc-Si, shows the time evolution of RIE transfer process in 10 seconds increments.これらの断面画像のいくつかにおける円錐形状に注目されたい。 Note the conical shape of some of these cross-sectional images.この特性は、RIEエッチングパラメータである室圧、ガス混合物、および処理時間を最適化することによって制御することができる。 This property can be controlled by optimizing chamber pressure, gas mixture, and processing time is a RIE etch parameters.

1つまたは複数の特定の態様に関して本発明を説明してきたが、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、本開示の他の態様を為すことができることは理解されるであろう。 The invention has been described with respect to one or more particular embodiments thereof, without departing from the spirit and scope of the present disclosure, that may be made of other aspects of the present disclosure will be understood.したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびそれらについての理にかなった解釈によってのみ制限されると見なされる。 Accordingly, the disclosure is considered only as being limited by the interpretation reasonable for the claims and their accompanying.

「pnc-Si層の全てまたは実質的に全てが、エッチングの間に除去される」とは、本明細書において使用される場合、エッチング処理後に、いかなるpnc-Siも光学的にまたは偏光解析によって認められないことを意味する。 "All or substantially all of the pnc-Si layer is removed during etching" and, as used herein, after the etching process, any pnc-Si by optical or ellipsometric which means that not observed.[本発明1001][The present invention 1001]SiN層上に配設されたpnc-Si層または多孔性酸化ケイ素層を形成する工程、Forming a pnc-Si layer or a porous silicon oxide layer disposed on the SiN layer,ナノ多孔性SiN層が形成されるように該SiN層をエッチングする工程Etching the SiN layer as nanoporous SiN layer is formedを含む、ナノ多孔性SiN層を形成するための方法。Methods for including, forming a nanoporous SiN layer.[本発明1002][The present invention 1002]エッチングが、反応性イオンエッチングを含む、本発明1001の方法。Etching comprises reactive ion etching, the method of the present invention 1001.[本発明1003][The present invention 1003]反応性イオンエッチングが、CF4、CHF3、またはArのうちの少なくとも1つの使用を含む、本発明1002の方法。Reactive ion etching,includingCF4, CHF3, or use of at least one of Ar,, the method of the present invention 1002.[本発明1004][The present invention 1004]反応性イオンエッチングが、O2またはH2の使用をさらに含む、本発明1003の方法。Reactive ion etching furthercomprises the use ofO2or H2, the method of the present invention 1003.[本発明1005][The present invention 1005]SiN層上にa-Si層を形成する工程、Forming an a-Si layer on the SiN layer,該a-Si層に対して熱処理を実施することによってpnc-Si層を形成する工程Forming a pnc-Si layer by performing a heat treatment on the a-Si layerをさらに含む、本発明1001の方法。Further comprising the method of the present invention 1001.[本発明1006][The present invention 1006]多孔性酸化ケイ素層がpnc-Si層から形成される、本発明1001の方法。Porous silicon oxide layer is formed from a pnc-Si layer, the method of the present invention 1001.[本発明1007][The present invention 1007]エッチングの間にpnc-Si層または多孔性酸化ケイ素層の全てを除去する工程をさらに含む、本発明1001の方法。Further comprising the method of the present invention 1001 the step of removing all of the pnc-Si layer or a porous silicon oxide layer during etching.[本発明1008][The present invention 1008]SiN層に細孔を形成する工程であって、該SiN層が第一層上に配設されており、かつ該第一層が第二層上に配設されており、該第一層が、Siおよび酸化物からなる群より選択される、工程、ならびにAnd forming pores in the SiN layer, the SiN layer is disposed on the first layer, and has the first layer is disposed on the second layer, the first layer is It is selected from the group consisting of Si and oxides, the process, and自立性ナノ多孔性SiN層が形成されるように、該SiN層と該第二層との間から該第一層を除去する工程As self-supporting nanoporous SiN layer is formed, the step of removing said first layer from between the SiN layer and the second layerを含む、自立性のナノ多孔性SiN層を形成するための方法。Methods for including, forming a self-supporting nanoporous SiN layer.[本発明1009][The present invention 1009]第一層がSiO2を含み、かつ第二層がSiを含む、本発明1008の方法。The first layercomprisesSiO2, and the second layer containing Si, a method of the present invention 1008.[本発明1010][The present invention 1010]第二層が、ステンレス鋼、Al2O3、SiO2、およびガラスからなる群より選択される材料を含む、本発明1008の方法。The second layer, stainless steel, Al 2 O 3, SiO 2 , and comprises a material selected from the group consisting of glass, the method of the present invention 1008.[本発明1011][The present invention 1011]第一層がSiであり、かつ除去する工程がXeF2の使用を含む、本発明1008の方法。Process the first layer is Si, and removing includesthe use ofXeF2, the method of the present invention 1008.[本発明1012][The present invention 1012]形成する工程が、The step of forming is,SiN層上にpnc-Si層または多孔性酸化ケイ素層を形成すること、Forming a pnc-Si layer or a porous silicon oxide layer on the SiN layer,該SiN層に細孔が形成されるように、該pnc-Si層または該多孔性酸化ケイ素層をエッチングすることAs pores on the SiN layer is formed, etching the pnc-Si layer or the porous silicon oxide layerを含む、本発明1008の方法。Including, the method of the present invention 1008.[本発明1013][The present invention 1013]多孔性酸化ケイ素層がpnc-Si層から形成される、本発明1012の方法。Porous silicon oxide layer is formed from a pnc-Si layer, the method of the present invention 1012.[本発明1014][The present invention 1014]エッチングが、反応性イオンエッチングを含む、本発明1012の方法。Etching comprises reactive ion etching, the method of the present invention 1012.[本発明1015][The present invention 1015]反応性イオンエッチングが、CF4、CHF3、またはArのうちの少なくとも1つの使用を含む、本発明1014の方法。Reactive ion etching,includingCF4, CHF3, or use of at least one of Ar,, the method of the present invention 1014.[本発明1016][The present invention 1016]反応性イオンエッチングが、O2またはH2の使用をさらに含む、本発明1015の方法。Reactive ion etching furthercomprises the use ofO2or H2, the method of the present invention 1015.[本発明1017][The present invention 1017]SiN層上にa-Si層を形成する工程、Forming an a-Si layer on the SiN layer,該a-Si層に対して熱処理を実施することによってpnc-Si層を形成する工程Forming a pnc-Si layer by performing a heat treatment on the a-Si layerをさらに含む、本発明1012の方法。Further comprising the method of the present invention 1012.[本発明1018][The present invention 1018]エッチングの間にpnc-Si層の全てを除去する工程をさらに含む、本発明1012の方法。Further comprising the method of the present invention 1012 the step of removing all of the pnc-Si layer during etching.[本発明1019][The present invention 1019]除去する工程が、緩衝酸化物エッチング液、水酸化カリウムエッチング液、またはエチレンジアミンおよびピロカテコール（EDP）エッチング液を適用することを含む、本発明1018の方法。Process, buffered oxide etchant, comprising applying potassium hydroxide etchant or ethylenediamine, and pyrocatechol (EDP) etching liquid, the method of the present invention 1018 to be removed.[本発明1020][The present invention 1020]SiN層に細孔を形成する工程であって、該SiN層がSi層上に配設されており、かつ該Si層が第二層上に配設されている、工程、およびAnd forming pores in the SiN layer, the SiN layer is disposed on the Si layer, and the Si layer is disposed on the second layer, step, and自立性ナノ多孔性SiN層が形成されるように、XeF2を使用して該SiN層と該第二層との間から該Si層を除去する工程As self-supporting nanoporous SiN layer is formed,removing the Si layer usingXeF2from between the SiN layer and the second layerを含む、自立性のナノ多孔性SiN層を形成するための方法。Methods for including, forming a self-supporting nanoporous SiN layer.[本発明1021][The present invention 1021]第二層が、ステンレス鋼、Al2O3、SiO2、およびガラスからなる群より選択される材料を含む、本発明1020の方法。The second layer, stainless steel, Al 2 O 3, SiO 2 , and comprises a material selected from the group consisting of glass, the method of the present invention 1020.[本発明1022][The present invention 1022]形成する工程が、The step of forming is,SiN層上にpnc-Si層または多孔性酸化ケイ素層を形成すること、Forming a pnc-Si layer or a porous silicon oxide layer on the SiN layer,該SiN層に細孔が形成されるように、該pnc-Si層または該多孔性酸化ケイ素層をエッチングすることAs pores on the SiN layer is formed, etching the pnc-Si layer or the porous silicon oxide layerを含む、本発明1020の方法。Including, the method of the present invention 1020.[本発明1023][The present invention 1023]多孔性酸化ケイ素層がpnc-Si層から形成される、本発明1022の方法。Porous silicon oxide layer is formed from a pnc-Si layer, the method of the present invention 1022.[本発明1024][The present invention 1024]エッチングが、反応性イオンエッチングを含む、本発明1022の方法。Etching comprises reactive ion etching, the method of the present invention 1022.[本発明1025][The present invention 1025]反応性イオンエッチングが、CF4、CHF3、またはArのうちの少なくとも1つの使用を含む、本発明1024の方法。Reactive ion etching,includingCF4, CHF3, or use of at least one of Ar,, the method of the present invention 1024.[本発明1026][The present invention 1026]反応性イオンエッチングが、O2またはH2の使用をさらに含む、本発明1025の方法。Reactive ion etching furthercomprises the use ofO2or H2, the method of the present invention 1025.[本発明1027][The present invention 1027]SiN層上にa-Si層を形成する工程、Forming an a-Si layer on the SiN layer,該a-Si層に対して熱処理を実施することによってpnc-Si層を形成する工程Forming a pnc-Si layer by performing a heat treatment on the a-Si layerをさらに含む、本発明1022の方法。Further comprising the method of the present invention 1022.[本発明1028][The present invention 1028]エッチングの間にpnc-Si層の全てを除去する工程をさらに含む、本発明1022の方法。Further comprising the method of the present invention 1022 the step of removing all of the pnc-Si layer during etching.[本発明1029][The present invention 1029]除去する工程が、緩衝酸化物エッチング液、水酸化カリウムエッチング液、またはエチレンジアミンおよびピロカテコール（EDP）エッチング液を適用することを含む、本発明1028の方法。Process, buffered oxide etchant, comprising applying potassium hydroxide etchant or ethylenediamine, and pyrocatechol (EDP) etching liquid, the method of the present invention 1028 to be removed.

Claims (29)

Translated from Japanese

SiN層上に配設されたpnc-Si層または多孔性酸化ケイ素層を形成する工程、 Forming a pnc-Si layer or a porous silicon oxide layer disposed on the SiN layer,ナノ多孔性SiN層が形成されるように該SiN層をエッチングする工程を含む、ナノ多孔性SiN層を形成するための方法。 Comprising the step of etching the SiN layer as nanoporous SiN layer is formed, a method for forming a nanoporous SiN layer.

反応性イオンエッチングが、CF 4 、CHF 3 、またはArのうちの少なくとも1つの使用を含む、請求項2に記載の方法。 Reactive ion etching, including CF 4, CHF 3, or use of at least one of Ar,, The method of claim 2.

反応性イオンエッチングが、O 2またはH 2の使用をさらに含む、請求項3に記載の方法。 Reactive ion etching further comprises the use of O 2 or H 2, The method of claim 3.

SiN層上にa-Si層を形成する工程、 Forming an a-Si layer on the SiN layer,該a-Si層に対して熱処理を実施することによってpnc-Si層を形成する工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。 Further comprising the step of forming a pnc-Si layer by performing a heat treatment on the a-Si layer, method of claim 1.

多孔性酸化ケイ素層がpnc-Si層から形成される、請求項1に記載の方法。 Porous silicon oxide layer is formed from a pnc-Si layer, method of claim 1.

エッチングの間にpnc-Si層または多孔性酸化ケイ素層の全てを除去する工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。 Further comprising the step of removing all of the pnc-Si layer or a porous silicon oxide layer between the etching method according to claim 1.

SiN層に細孔を形成する工程であって、該SiN層が第一層上に配設されており、かつ該第一層が第二層上に配設されており、該第一層が、Siおよび酸化物からなる群より選択される、工程、ならびに 自立性ナノ多孔性SiN層が形成されるように、該SiN層と該第二層との間から該第一層を除去する工程を含む、自立性のナノ多孔性SiN層を形成するための方法。 And forming pores in the SiN layer, the SiN layer is disposed on the first layer, and has the first layer is disposed on the second layer, the first layer is is selected from the group consisting of Si and oxides, as steps, as well as self-supporting nanoporous SiN layer is formed, the step of removing said first layer from between the SiN layer and the second layer methods for including, forming a self-supporting nanoporous SiN layer.

第一層がSiO 2を含み、かつ第二層がSiを含む、請求項8に記載の方法。 The first layer comprises SiO 2, and the second layer containing Si, A method according to claim 8.

第一層がSiであり、かつ除去する工程がXeF 2の使用を含む、請求項8に記載の方法。 Process the first layer is Si, and removing includes the use of XeF 2, The method of claim 8.

形成する工程が、 The step of forming is,SiN層上にpnc-Si層または多孔性酸化ケイ素層を形成すること、 Forming a pnc-Si layer or a porous silicon oxide layer on the SiN layer,該SiN層に細孔が形成されるように、該pnc-Si層または該多孔性酸化ケイ素層をエッチングすることを含む、請求項8に記載の方法。 As pores on the SiN layer is formed, it includes etching the pnc-Si layer or the porous silicon oxide layer, The method of claim 8.

多孔性酸化ケイ素層がpnc-Si層から形成される、請求項12に記載の方法。 Porous silicon oxide layer is formed from a pnc-Si layer, method of claim 12.

反応性イオンエッチングが、CF 4 、CHF 3 、またはArのうちの少なくとも1つの使用を含む、請求項14に記載の方法。 Reactive ion etching, including CF 4, CHF 3, or use of at least one of Ar,, The method of claim 14.

反応性イオンエッチングが、O 2またはH 2の使用をさらに含む、請求項15に記載の方法。 Reactive ion etching further comprises the use of O 2 or H 2, The method of claim 15.

SiN層上にa-Si層を形成する工程、 Forming an a-Si layer on the SiN layer,該a-Si層に対して熱処理を実施することによってpnc-Si層を形成する工程をさらに含む、請求項12に記載の方法。 Further comprising the step of forming a pnc-Si layer by performing a heat treatment on the a-Si layer, method of claim 12.

エッチングの間にpnc-Si層の全てを除去する工程をさらに含む、請求項12に記載の方法。 Further comprising the method of claim 12 the step of removing all of the pnc-Si layer during etching.

SiN層に細孔を形成する工程であって、該SiN層がSi層上に配設されており、かつ該Si層が第二層上に配設されている、工程、および 自立性ナノ多孔性SiN層が形成されるように、XeF 2を使用して該SiN層と該第二層との間から該Si層を除去する工程を含む、自立性のナノ多孔性SiN層を形成するための方法。 And forming pores in the SiN layer, the SiN layer is disposed on the Si layer, and the Si layer is disposed on the second layer, step, and self-supporting nanoporous as sexual SiN layer is formed, comprising the step of removing the Si layer from between the using XeF 2 the SiN layer and the second layer, to form a self-supporting nanoporous SiN layer the method of.

形成する工程が、 The step of forming is,SiN層上にpnc-Si層または多孔性酸化ケイ素層を形成すること、 Forming a pnc-Si layer or a porous silicon oxide layer on the SiN layer,該SiN層に細孔が形成されるように、該pnc-Si層または該多孔性酸化ケイ素層をエッチングすることを含む、請求項20に記載の方法。 As pores on the SiN layer is formed, it includes etching the pnc-Si layer or the porous silicon oxide layer, The method of claim 20.

多孔性酸化ケイ素層がpnc-Si層から形成される、請求項22に記載の方法。 Porous silicon oxide layer is formed from a pnc-Si layer, method of claim 22.

反応性イオンエッチングが、CF 4 、CHF 3 、またはArのうちの少なくとも1つの使用を含む、請求項24に記載の方法。 Reactive ion etching, including CF 4, CHF 3, or use of at least one of Ar,, The method of claim 24.

反応性イオンエッチングが、O 2またはH 2の使用をさらに含む、請求項25に記載の方法。 Reactive ion etching further comprises the use of O 2 or H 2, The method of claim 25.

SiN層上にa-Si層を形成する工程、 Forming an a-Si layer on the SiN layer,該a-Si層に対して熱処理を実施することによってpnc-Si層を形成する工程をさらに含む、請求項22に記載の方法。 Further comprising the step of forming a pnc-Si layer by performing a heat treatment on the a-Si layer, method of claim 22.

エッチングの間にpnc-Si層の全てを除去する工程をさらに含む、請求項22に記載の方法。 Further comprising the method of claim 22 the step of removing all of the pnc-Si layer during etching.

Family Cites Families (11)

Membrane for microfiltration, ultra-filtration, gas separation and catalysis, method of manufacturing such a membrane, mold for the manufacture of such a membrane, as well as a variety of separation systems comprising such a membrane.

Membrane for microfiltration, ultra-filtration, gas separation and catalysis, method of manufacturing such a membrane, mold for the manufacture of such a membrane, as well as a variety of separation systems comprising such a membrane.